磁力计中的传感器应用

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        磁力计也叫地磁、磁感器,可用于测试磁场强度和方向,定位设备的方位。磁力计的原理跟指南针原理类似,可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。即是一个通过测量磁场强度和方向来定位设备的方位的传感器。

        由于地球重力场相当于已知信息,因而当载体处于平稳运动时,完全可以依靠采集自加表的测量信息来推算得到载体除了航向外的其它两个姿态信息,而若将加表与其它传感器如磁力计结合使用,就能实现在多种运动情况下测得完整的载体姿态信息。

        下面我们详细介绍一下其工作原理:

        磁传感器就是感应环境磁场的变化,并把它转换为电信号,从而测量出对应物理量的器件,主要应用在电子罗盘、磁场感应器、位置感应器等方案中。磁传感器广泛采用AMR材料(Anisotropic Magneto-Resistance),如铁、钴、镍及其合金等;

        AMR特性是指当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时, 电阻是不会随着外加磁场强度变化而发生改变的,但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候, 磁体内部磁化矢量会偏移,从而磁场方向和电流方向也会随之变化,导致电阻阻值也将发生变化;从下图可以看到,当电流方向和磁体内磁化方向成45度角度时,外部磁场给磁阻所引起的电阻变化呈现出的是线性关系,所以磁传感器在没有外部磁力影响时候的初始角度设定为45度,利用这个线性关系再通过惠斯通电桥即可得到外界磁场值。

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        再如下图所示的惠斯通电桥,由四个磁阻组成磁传感器,其中R1和R4对应上图中的Rb,R2和R3对应上图中的Ra,一旦受到上图一样方向的外部磁场影响,则R1和R4的阻值会减少△R,而R2和R3的阻值会增加△R。

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        下面我们分别采用欧姆定律来计算B点和C点的电压Vb和Vc

        流过R1和R3的电流I1

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        B点的电压为

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        同样的,C点电压为

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        这样我们就可以得出B点和C点的压差

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        假设R1/R2/R3/R4的初始值为R,阻值变化为△R,则R1和R4的值为R-△R,R2和R3的值为R+△R,最终形成值为

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        从以上公式可以看出,在外部磁场的作用下电阻变化为△R时,△V的值和△R现成正比关系,这就是磁力计的工作原理。

        说完了原理那这个时候可能就会有人问了,磁力计算是一个测量工具,有测量的话就一定会有误差,毕竟实际生活没有那么理想化的环境架构。那么磁力计的误差都分别是来源于哪几个方面呢?通常将磁力计的误差划分为以下几个方面:

  • 自身内部误差

        磁力计的自身内部误差有零位误差、灵敏度误差和正交误差。

  • 应用安装误差

        当将磁力计安装于载体上时没有实现磁力计的坐标系与载体坐标系相互重合,于是便会产生应用安装误差。

  • 罗差

        因为铁磁材料本身的特性会对外界磁场产生影响,因此当它出现在磁力计周围时必然会对其产生影响进而引起误差,我们把这种误差称之为罗差。这种影响产生的干扰磁场分为硬铁磁场和软铁磁场。对于铁磁材料和电器设备会产生硬铁磁场,其对磁力计测量值的影响等同于在地磁场的测量值上附加了一个大小和方向不变的常值偏移。由于受外界磁场影响而产生的磁场称为软铁磁场,其大小和方向会随着载体姿态和位置的变化而变化。

        而磁力计的类别也是有很多种的。因为能够测量磁场的物理原理有很多,根据不同原理进行分类,常见标量磁强计原理有质子旋进磁强计,Overhauser磁强计,碱金属光泵磁强计等,常见的矢量磁强计有磁通门磁强计、磁阻磁强计等。主要介绍磁通门磁强计。

        磁通门磁力计是一种基于软磁材料磁化饱和时的非线性特性而工作的一种磁力计,用以精确测量大小为千分之一T以下的稳定或者低频交变的磁场,其应用范围涉及空间探索和地球物理等的许多领域。是利用铁磁体磁化时在饱和区的非线性来测量磁场的装置,当用软磁材料做成的铁磁体在磁化时,由于磁化的非线性,能调制外场,使得传感器输出和外场相关、相对调制磁场频率的偶次谐波信号,检测偶次谐波的大小就能得到外场的大小。

下列为罗姆的传感器新产品:

光传感器:SML-S15R2T

电机驱动器:BD63282EFV

电机驱动器:BM64350MUV

电机驱动器:BM62350MUV

电机驱动器:BM62351MUV

电机驱动器:BM64300MUV

 

 

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